开采断面的破坏特征的相似模拟研究

运用相似模拟试验,研究了在充分保证充填体顶板的稳定的前提下,侧帮为不同质量的矿岩体时,5m×4m和4m×3m开采断面的破坏特征。研究结果有利于了解巷道围岩内部破裂的发生与发展规律,为选择巷道锚固方案和优化锚固设计参数提供了依据。     

尾砂膏体跳采充填开采相似材料模拟试验

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体跳采充填覆岩变形、移动及破坏的规律,以张赵煤矿102采区1021工作面为工程背景,基于相似理论建立相似物理模型,对跳采充填情况下煤柱及充填体稳定性、顶板裂隙发育、弯曲变形规律进行研究。试验结果表明:第1轮采5 m,留15 m煤柱跳采充填开采后,基本顶和直接顶基本稳定,没有变形;第2轮开采煤柱累计长度80 m,随着回采煤柱数目增多,直接顶发生下沉明显,在距开切眼90 m处1~8测点下沉最大值达到4.5 cm;当工作面完全充填开采后,上覆岩层下沉最大值为22 cm,离层发育高度为29.4 m;煤柱和充填体所受垂直应力随煤柱回采数目增多而变大,煤柱监测数据的变化呈现阶梯状增加,分为突变期、缓增期、稳定期3个阶段;充填体受力稳定在0.012~0.02 MPa之间,变形小。     

爆破振动对进路式开采充填体的影响研究

采用进路式充填法开采的地下矿山,爆破作业往往在已经充填好的进路附近实施,不可避免会对充填体产生影响。充填体在进路爆破作用下可能形成垮塌,造成充填体支撑强度下降,进而导致矿石贫化,所以在进路式充填法开采的地下矿山进行爆破作业时必须控制爆破振动。针对进路式充填法开采的某地下矿山,研究了充填体爆破振动监测方法,开展了现场爆破振动监测分析工作,得出矿山满足充填体安全的爆破振动值。     

厚煤层膏体分层充填开采顶板破坏特征分析

为研究厚煤层膏体分层充填开采顶板破坏特征,以龙王沟煤矿6201工作面的地质条件为工程背景,分析了厚煤层膏体分层充填开采技术,并基于等效巷道理论计算出顶板塑性区破坏高度为9.11 m,利用FLAC3D数值仿真软件,建立了厚煤层膏体分层充填开采的流-固耦合数值模型,得出第4分层开采完毕后顶板的最大塑性破坏高度为11.5 m,最终利用顶板位移监测系统测得顶板最大破坏高度约为12 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

薄煤层超高水材料充填开采相似模拟试验研究

以山东某矿煤岩赋存条件为原型,取线性比Cl=1/150、时间比Ct=1/150、强度比CR=143×10 -3进行了薄煤层（厚度1.2 m）超高水材料充填开采相似模拟试验研究。设计了试验参数及超高水材料在模型采空区的充填方法,揭示了薄煤层超水材料充填开采采场覆岩及地表活动规律,并与类似条件下的垮落法开采进行了对比。结果表明：与垮落法开采相比,超高水材料充填开采时工作面超前支承压力的影响范围缩小且峰值明显降低,工作面后方上覆岩层稳定时间缩短,没有出现垮落带与明显断裂带;该技术能将地表移动和变形控制在规定要求的范围内,提高充填率有助于降低覆岩活动与地表变形程度。     

承压水上充填开采底板破坏特征研究北大核心

为探索充填开采对底板破坏深度的影响及对突水灾害的控制效果,结合理论计算、数值分析和煤矿现场观测等方法对某矿A工作面承压水上充填开采底板破坏特征进行了综合研究;通过理论计算推导出了充填开采工作面底板最大破坏深度计算公式;通过数值模拟对充填开采和非充填开采时底板破坏情况进行了对比研究,通过现场实测分析了充填开采时底板岩层的实际变形破坏特征。结果表明:充填开采时,采场围岩的采动卸压范围、顶底板移近量明显减小,围岩应力集中程度降低,底板破坏深度并未随着推进距离的增加而持续纵向发展;由于充填体的应力传递和支撑作用,A工作面开采对底板的损坏影响得到减缓,破坏深度未连通下部含水层,可实现安全回采。     

矸石膏体充填开采相似模拟

矸石膏体充填是一种集"减沉"、"减排"与"高回采率"为一体的新型环境相容的开采技术措施,也是绿色开采技术体系的重要组成部分。以某煤2351工作面为原型,采用相似模拟实验用膏体对采空区进行充填,采取边采边充的方式,研究了膏体充填条件下覆岩的动态破坏过程、覆岩的破坏形态及回采过程中围岩受力分析。实验表明:充填开采时上覆岩层仅发育裂隙带和弯曲带,垮落法开采时的直接顶在充填开采时转化为基本顶,工作面来压现象不明显,基本顶以上的岩层是以离层的形式向上发展的。     

废石胶结充填相似模拟试验及其强度异质分布

针对中厚矿体废石胶结充填体强度异质分布问题，以废石、水泥、水为充填材料，开展废石胶结充填配比试验及相似模拟试验，结合曲面响应法分析不同区域充填体强度的空间分布特征，并应用于实际工程。结果表明，当最佳配比中水灰比为3∶2,灰废比为1∶10时，充填体试块28 d强度为2.2 MPa;相似模型内呈现充填体强度四周高、中间低的非均质现象，采场两帮形成高强度的“充填体外壳”并提高了充填体的整体性。此外，基于相似模拟试验开展直淋式废石胶结充填工艺研究与应用，发现-150 mm全粒级废石+水泥浆直淋式废石胶结充填适用于破碎中厚矿体的安全开采。     

上保护层开采的相似材料模拟试验研究

利用模拟试验研究了上保护层开采条件下被保护层卸压增透效果,为确保被保护层的采掘活动始终在上保护层的保护范围内安全进行提供了非常重要的理论依据。     

膏体充填顶板破坏特征及实测分析

煤层在开采过程中导致顶板垮落,导水裂隙随着工作面的不断推进,裂隙发育高度不断增加,当煤层顶板有水体存在时,对顶板的垮落控制尤为重要。文章以赵楼煤矿2301工作面顶底板地质条件为背景,研究充填开采条件下煤层顶板破坏高度,并对赵楼煤矿2301工作面的顶板破坏特征进行实测分析。     

上向进路充填采矿法充填体强度设计

矿山常采用经验类比的方法确定上向进路充填采矿法充填体所需强度,该方法主观随意性较大,忽略因素较多。为了更科学合理地确定上向进路充填采矿法充填体所需强度,文章以充填体所起到的力学作用及爆破应力波的影响为分析依据确定小官庄铁矿充填体所需强度。考虑到上向进路充填采矿法中充填体应该起到自立性人工支柱和支撑顶板岩层松动压力的力学作用,同时考虑到爆破应力波的影响,通过自立强度模型方法、扩大压力拱理论和ANSYS/LS-DYNA显式动力分析软件模拟分别得到相对应的强度,综合确定出该矿的充填体所需强度。文章确定上向进路充填采矿法充填体所需强度的过程和方法,为相似矿山充填体强度确定提供了较为科学合理的参考。     

单一巷道进路式回采上覆充填体力学行为及稳定性研究

在分析下向进路分层无分段充填法的基础上,对某矿采用单一巷道进路式回采建立了上覆充填体力学模型,为避免人工假顶出现“悬臂梁”状态,最终确定“嵌固梁”模型作为该充填采矿法上覆充填体力学模型。依据弹塑性力学知识计算出充填体承载层厚度为0.92 m,得到了充填体最大挠度值为23.4 cm。结合工程实际,采用FLAC3D数值模拟软件研究了不同采深下采场围岩与充填体塑性区及应力分布规律,研究结果表明：除首采层以外,其余分层上覆承载层均没有发生塑性破坏,且各分层充填体所受最大主应力均没有达到其抗压强度,所选承载层厚度及充填料浆配比所得参数能够保证充填体稳定性。研究成果可为破碎围岩薄矿体实现安全高效开采提供理论依据。     

不同回采断面顶板充填体破裂声发射数值模拟研究

扩大下向进路式充填采矿法的回采断面可以提高生产能力.但大断面下顶板充填体的稳定性是安全回采的关键.利用RFPA-2D建立下向进路式充填采矿法回采模型,针对3m×3m、5mx3m、5m×4m 3种不同回采断面进行数值模拟,得到了不同回采断面下顶板充填体破裂过程中声发射的能量特征和空间分布规律.这些特征和规律为合理确定最佳...     

基于结构分析的人工充填顶板破坏规律探究

从结构分析方面对作为人工顶板的充填体的破坏规律进行了探究。分别从采场充填管头安放位置和充填料浆进入采场时的流动特性方面进行了综合因素分析,从而确定充填体的结构。提出了作为人工顶板的充填体的破坏型式与充填体结构之间的关系,对实际矿山的顶板管理和充填优化有一定的参考意义。     

基于Flac3D数值模拟的阶段回采顺序研究

通过Flac^3D数值模拟软件,以矾山磷矿为载体,就2个阶段不同回采顺序下顶板的应力、位移等特性进行了模拟。采用阶段下向回采时采场和围岩处的应力值要小于阶段上向回采时的应力值,有利于采场的稳定性。采用下向阶段回采的方式时,上阶段的充填体在本阶段回采过程中充当了上覆岩层变形的缓冲体,限制了变形的充分发展,减小了上覆岩层的变形。     

煤巷不同支护形式相似模拟研究

针对煤巷锚网索支护围岩变形的问题,在不同采深的条件下,通过相似模拟试验,得出了工字钢支护、锚梁网支护以及锚网索支护的巷道围岩变形破坏规律,对不同支护方式的适应范围作了详细的分析。     

下向进路式充填采矿方法在毛坪铅锌矿的应用研究

下向进路式充填采矿方法在金属矿山被广泛应用。目前,对充填材料制备、充填作用机理、充填体质量及稳定性分析、进路参数优化等已经开展了深入研究和工程实践。充填体的稳定性和接顶率一直是该采矿方法应用的两大难题。针对毛坪铅锌矿的采矿方法以及存在的问题,通过开展现场研究与生产实践,形成一套成熟、高效、安全、经济的下向进路式充填采矿工艺,从而确保充填体稳定和较高充填接顶率。近几年来该矿发生的充填体冒顶事故为零,进路的充填接顶率在95%以上,采矿成本降低到146元/t。该矿采用的下向进路式胶结充填法的研究成果与采矿工艺可为类似矿山开采提供参考。     

基于三轴试验与数值模拟的大理岩破坏特征研究

为了研究深部围岩在不同围压下的力学性质与破坏特征, 对不同围压下大理岩开展了三轴压缩试验; 利用RFPA^2D数值模拟软件对大理岩开展了不同围压下应力-应变特征、强度与声发射特征等研究。结果表明, 岩样峰值应力与围压有关, 随着围压增大, 岩样逐渐由脆性破坏转为延性破坏; 岩石弹性模量随着围压增大表现出非线性增大规律; 数值模拟结果也表明, 岩样声发射现象在单轴压缩时反应强烈, 伴随围压增大, 岩样声发射特征参数逐渐趋于稳定, 围压对岩石横向应变有明显束缚作用, 降低了岩石能量释放与破坏程度。RFPA^2D数值模拟可呈现大理岩试样在不同围压下裂纹萌生、发育、汇合至试样破坏的全过程, 其模拟结果与室内试验结果吻合度较高, 验证了结论的可靠性, 可为矿山深部开采提供理论依据和现实指导。     

空场嗣后充填法充填体力学作用过程及控制效果分析

以某铁矿-230～-290m中段的实际工程为依托,采用数值模拟的方法,分析了大直径深孔阶段空场嗣后充填法中充填体力学作用过程及控制效果。研究结果表明,胶结充填体只有被挤压才能发挥出对围岩的支护抗力,胶结充填和废石充填能够有效控制覆岩移动变形,变形主要发生在矿柱回采阶段,地压总体显现不明显。     

大尺寸高水材料巷旁充填体蠕变特性试验研究

针对高水材料巷旁充填体具有蠕变特性的特点,采用自行研制的大尺寸(1500 mm×600mm×900 mm)蠕变实验系统和FLAC3D数值模拟软件对其蠕变特征进行了试验研究,分析了高水材料充填体蠕变过程中瞬时、稳定及加速3个阶段位移和应力随时间的变化特征,指出充填体蠕变极限载荷随高水速凝材料水灰比降低而提高;结合充填体在加速蠕变阶段变形速度过大的特点,为确保井下充填体长期稳定,需保证充填体保持在稳定蠕变阶段,认为充填体载荷不超过其强度的70%~80%时较为合理。